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HOW TO 成為科學家?(現代版)

PanSci_96
・2020/07/28 ・2429字 ・閱讀時間約 5 分鐘

「記得仰望星空,別老是俯視腳步,試著理解眼前的事物,思索宇宙為何存在。請保持好奇心。無論生命歷程有多艱難,你總是能做些事情,並有所成就,重點是不要放棄。」 ——史蒂芬.霍金

“Remember to look up at the stars and not down at your feet. Try to make sense of what you see and wonder about what makes the universe exist. Be curious. And however difficult life may seem, there is always something you can do and succeed at. It matters that you don’t just give up.”—— Stephen Hawking

你有成為科學家的夢想嗎?是過去式、完成式還是現在進行式呢?

科學家的工作是探索這個世界,研究包含宇宙內外運作的方式。利用過往的經驗或知識提出假設,再透過觀察和實驗來驗證,以實驗結果去支持或推翻假設,然後一而再、再而三地不斷重複,從而讓我們更知曉這個世界。科學家通常在大學或是企業、政府的科研單位工作,當然也有些例外。科學家的工作既有著興奮的發現,但大部分的時間可能是枯燥乏味的漫漫長路。

或許,霍金的這番話很準確地體現了「科學家」這個職業的內涵:為眼前的事物尋找意義、保持好奇心,無論歷程有多艱難,重點是不要放棄。現在讓我們一起跟著本次泛科學專題「百工裡的科學人」,來一探成為科學人的這條路吧!

想站在巨人肩上?先打好基礎吧!

毫無疑問,成為科學家的首步,是要在高中、大學學習相關基礎知識,培養分析能力和批判思考,同時多了解你想涉入的領域。

高中時期除了掌握數理相關學科之外,向上攻讀需要極大量閱讀(尤其是英語閱讀),因此和語文相關的科目也不能就此放棄;可以多和就讀相關科系的學長姐或是老師聊聊、多了解他們的學習歷程。也可以透過營隊了解你想進入的科系是否和想像符合、是否適合自己。

大學時期,除了依照未來發展的專業領域打好各基礎學科的基礎之外,也可以依照興趣選修其他科目,找到自己的專長。在選定專業後,除了相關知識跟技能的修煉外,也要考量職業前景是否能與自己的狀況相符合。找實驗室實習、提高寫作技能都能有效地幫助自己在進入「科學家」這個職業前做好更多準備。

有點徬徨迷惘?這些是前輩們想說的話:

試著像科學家一樣思考吧:

XX系到底在做什麼?學長姐這樣說:

一山還有一山高,Plus Ultra 持續進修吧!

大學畢業之後呢?那當然就是 進入地獄啊 念研究所啊。大部分的科學家至少都有碩士以上,甚至是博士學位。讀研究所不只讓你學到更多專業領域的知識,更讓自己能夠透過科學方法解決問題,同時開始嘗試和其他科學家一起工作。

當然,不是研究所畢業後就能水到渠成成為科學家。許多人會去企業、科研單位實習,做博士後研究、並且不斷參加研討會、閱讀期刊等累積行業前沿知識,然後找份與此相關的全職工作;可能是研究員,也可能是高等教育的教職。這其中有多少辛酸血淚,讓我們聽聽走過的人怎麼說。

前路風景長怎樣?前輩這樣說:

 要不要讀研究所?這兩本書可以給你一些指引:

除了知識之外,培養好心態也很重要

這是一條漫漫長路,科學家既要對世界持續保持好奇、興奮,也要有足夠的耐心和勤奮去支持自己做研究,與可能不是很容易的求職歷程。科學家是需要耗費相當多時間的工作,而得到的回報也往往不像金錢這樣容易衡量。

但能夠比所有人都更早一步看到這個世界的秘密,不得不說這種成就感是任何事物都難以比擬的,對吧?

在科研路上莫忘這些事:

科學不只讓人類的生活更好,也帶領我們去不斷勇闖未知世界的疆界,科學家正是開疆闢土的重要角色。如果你充滿好奇也有足夠的決心,那就勇往直前、大步邁進吧!但!如果覺得科學很誘人,可是不太想成為科學家的話該怎麼辦?泛科學專題「百工裡的科學人」帶你一探各行各業中那些充滿科學魂的職人們,或許你想走的路就在其中喔!

專題由此去:

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災難片成真!?小行星「貝努」行蹤飄忽,撞地球的機率有多大?

EASY天文地科小站_96
・2021/09/19 ・2765字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 文/陳子翔(現就讀師大地球科學系, EASY 天文地科團隊創辦者)

知名物理學家史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)認為,小行星撞擊是宇宙中高等智慧生命最大的威脅之一。而回首地球的過去,六千五百萬年前的白堊紀末期,造成恐龍消失的生物大滅絕,也肇因於一顆直徑約十公里的小行星撞擊。那麼,我們應該擔心小行星帶來如同災難片場景的巨大浩劫嗎,人類又能為這件事做什麼準備呢?

我們該擔心哪些小行星,小行星撞擊能被預測嗎?

太陽系中的小行星不可勝數,但並非所有小行星都對於地球有潛在的危害。那麼,哪些小行星是應該注意的呢?

我們可以簡單從兩個條件,篩選出對地球有潛在威脅的小行星:第一是小行星的軌道,第二則是小行星的大小。如果一個天體的運行軌道與地球的運行軌道沒有交會,那也就不需要擔心它會部會撞到地球了。而直徑越大的小行星,撞擊地球產生的災害就會越大,例如一顆直徑 10 公尺的小行星墜落能造成小範圍的建築物受損,而直徑 50 公尺的小行星撞擊,其威力則足以摧毀整座大型城市。

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/59/Chelyabinsk_meteor_event_consequences_in_Drama_Theatre.jpg/1024px-Chelyabinsk_meteor_event_consequences_in_Drama_Theatre.jpg
2013 年俄羅斯車里亞賓斯克小行星墜落事件,隕石在空中爆炸的震波震碎大片玻璃。圖/Nikita Plekhanov

過去天文學家透過遍布世界的天文台,不斷在夜空中尋找近地小天體,並持續監測它們的動向。而透過觀測資料推算其軌道,就可以算出這些危險的小鄰居未來與地球發生「車禍」的機率有多大,而這篇文章的主角「貝努」,就是一顆被認為有較大機會撞擊地球,因此被重點關注的對象。

貝努撞地球會是未來的災難嗎?

貝努在 1999 年被發現,是一顆直徑約 500 公尺的小行星,它以橢圓軌道繞行太陽,公轉週期大約 437 天。由於貝努的軌道與地球相當接近,它每隔幾年就會接近地球一次,而本世紀貝努最接近我們的時刻將會發生在西元 2060 年,不過別擔心,該年貝努與地球最接近時,距離預計也還有七十萬公里,大約是地球至月球距離的兩倍,撞擊風險微乎其微。

綠色為地球軌道,藍色為貝努軌道。圖/University of Arizona

然而天文學家真正關注,撞擊風險較大的接近事件則會發生在下一個世紀。根據目前的軌道計算,貝努在西元 2135 年和 2182 年的兩次接近,會有較大的撞擊風險。說到這裡可能許多讀者會覺得,既然我們都活不到那個時候,何必去操心那些根本遇不到的事情呢?

那麼,讓我們想像一個情境:

如果今天天文學家突然發現了一顆與貝努一樣大的小行星,並算出它將在一年後撞上地球,那身為這個星球上「最有智慧的物種」,我們能怎麼應對呢?

很遺憾的:我們很可能對於撞擊束手無策。當前人類並沒有任何成熟的技術,能夠在這麼短的時間內改變小行星的軌道。這時候人們可能就會希望前人早點望向星空,調查小行星,好讓人們能夠有多一百年的時間準備應對的方法了!

小行星軌道計算不就是簡單的牛頓力學,為什麼算不準?

那麼貝努在未來 100〜200 年到底會不會撞擊地球呢?其實天文學家也說不太準,只能給出大概的機率而已,而且時間越久,預測的不確定性就越大。

你也許會想,天體的運行軌道不就只是簡單的牛頓力學,三百年前的人就已經掌握得很好了,在電腦科技發達的現代怎們會算不準呢?確實,如果要算地球與火星在 100 年後的相對位置,那電腦還能輕鬆算出相當精確的答案,但如果是計算小行星 100 年後的位置,事情就變得棘手多了……

由於小行星的質量很小,就算是相對微小的引力干擾還是足以改變其運行方向,而混沌理論(Chaos theory)告訴我們,任何微小的初始條件差異,都能造成結果極大的不同。因此要對小行星軌道做長期預測,就不能只考慮太陽的引力,而是必須把行星等其他天體的引力也納入計算,才能獲得比較準確的結果。尤其是當這些小行星與地球擦肩而過時,即使只有幾百公尺的位置偏差,受到的引力也會有相當的不同,使得小行星的未來軌跡出現巨大的差異。

而更令天文學家們頭痛的是,有些問題甚至不是萬有引力能夠解決的,其中一個因子就是「亞爾科夫斯基效應」(Yarkovsky Effect)。這個效應是這樣的:當陽光照在自轉中的小行星上,陽光會加熱小行星的受光面,而被加熱的這一面轉向背光面時,釋放的熱能會像是小小的火箭引擎一樣推動小行星。這個作用的推力非常小,但長期下來還是足以對質量很小的天體造成軌跡變化,也讓軌道預測多了很大的不確定性。

亞爾科夫斯基效應的動畫。影片/NASA

OSIRIS-REx 任務揭露貝努的神秘面紗,也讓軌道推估更精確

為了更深入了解貝努,NASA 在 2016 年發射 OSIRIS-REx 探測器探查這顆小行星。OSIRIS-REx 主要的任務包括從貝努表面採取樣本並送回地球分析、對整顆小行星做完整的調查,以及評估各種影響貝努運行軌道的因子,改善貝努軌道的預測模型,評估將來的撞擊風險。

在軌道分析方面,OSIRIS-REx 一方面能在環繞貝努的過程中緊盯貝努的「一舉一動」,讓天文學家透過精確的觀測結果反推貝努的軌道特性。另一方面,要評估亞爾科夫斯基效應對小行星軌道的影響,也需要考量小行星的地形地貌、反照率等等因素,因此 OSIRIS-REx 的各項觀測資料,也有助於建立更精確的軌道預測模型。

OSIRIS-REx 探測器。圖/University of Arizona/NASA Goddard Space Flight Center

目前 OSIRIS-REx 的任務還沒有結束,但是在取得更準確的軌道預測模型與撞擊風險評估上,已經有了初步的成果。根據這次任務提供的觀測資料,天文學家將預測貝努未來軌道的時間極限,從原本的西元 2200 年延長至 2300 年。而西元2300年之前,貝努撞上地球的機率大約是 0.057% (1/1750),最危險的一次接近則會發生在西元 2182 年

「知己知彼,百戰不殆」。面對像貝努這樣的危險鄰居,唯有盡可能認識它的一切,才越能夠掌握其未來的動向,進而在將來思考要如何面對小行星的撞擊的風險。另外,目前 OSIRIS-REx 也正在返航地球的旅途上,期待 2023 年 OSIRIS-REx 能順利的帶著貝努的樣本回到地球,帶給我們更多有關小行星的重要資訊!

參考資料

EASY天文地科小站_96
4 篇文章 ・ 7 位粉絲
EASY 是由一群熱愛地科的學生於2017年創立的團隊,目前主要由研究生與大學生組成。我們透過創作圖文專欄、文章以及舉辦實體活動,分享天文、太空與地球科學的大小事
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